Question

Ⅰ．有一无色透明溶液，欲确定是否含有下列离子：K⁺、Mg²⁺、Al³⁺、Fe²⁺、Ba²⁺、NO₃^-、SO₄^2-、Cl^-、I^-、HCO₃^-，取该溶液进行实验：

实验步骤	实验现象
（1）取少量该溶液，测定溶液pH	pH=0
（2）取少量该溶液加热浓缩，加Cu片和浓 H2SO4，加热	有无色气体产生，气体遇空气变成红棕色
（3）取少量该溶液，加少量BaCl2溶液	有白色沉淀
（4）取（3）中上层清液，加足量AgNO3溶液	有白色沉淀，且不溶于稀HNO3
（5）取少量该溶液，加NaOH溶液	有白色沉淀，NaOH过量时沉淀部分溶解

由此判断：
（1）溶液中肯定不存在的离子有

I^-、Ba²⁺、Fe²⁺、HCO₃^-

，
溶液中肯定存在的离子是

NO₃^-、SO₄^2- Mg²⁺、Al³⁺

．
（2）请设计实验验证其中可能存在的阴离子的方法（写明操作、现象、结论）

可能存在阴离子为氯离子，检验方法为：取少许原溶液于试管中，先加入过量的硝酸钡溶液，再往上层清液中滴加硝酸银溶液，若出现白色沉淀则说明含有Cl^-

Ⅱ．已知一定量的铁粉与某浓度的硝酸反应，其离子方程式如下：
aFe+bH⁺+cNO₃^-═dFe²⁺+eFe³⁺+fNO+gN₂O₄+hN₂O+iH₂O
试确定以下关系
（1）a、d、e的关系

a=d+e

；
（2）c、f、g、h的关系

c=f+2g+2h

；
（3）b、c、d、e的关系

b+c=2d+3e

；
（4）d、e、f、g、h的关系

2d+3e=3f+2g+8h

；
（5）b、f、g、h的关系

b=4f+4g+10h

．

Answer 1

分析：（1）无色溶液中，有色离子不存在，氢氧化铝是两性氧化物，能溶于强碱中，白色且不溶于硝酸的白色沉淀是氯化银或者是硫酸钡，在酸性环境下，能和氢离子反应的离子不共存，根据离子反应的现象以及离子共存的知识加以分析，
因是无色透明溶液，则不含有Fe²⁺，
由（1）取少量该溶液，加几滴甲基橙，溶液显红色，说明溶液显示酸性，所以HCO₃^-不存在；
由（2）取少量该溶液加热浓缩，加Cu片和浓硫酸，加热有无色气体产生，气体（NO）遇空气可以变成红棕色（二氧化氮），说明溶液中含有NO₃^-，则一定不含有I^-；
由（3）取少量该溶液，加BaCl₂溶液，有白色沉淀生成，则含有SO₄^2-；
由（4）取（3）中的上层清夜，加AgNO₃，有稳定的白色沉淀生成，且不溶于稀硝酸，则含有Cl^-，由于（3）中加入了氯化钡，无法证明原溶液中是否存在氯离子；
由（5）取少量该溶液，加入NaOH溶液有白色沉淀生成，当NaOH过量时，沉淀部分溶解，则含有铝离子、镁离子，根据以上分析完成；
（2）可能存在的阴离子为氯离子，根据氯离子检验方法完成；
（3）①a、d、e都是铁元素的系数，根据铁元素质量守恒定律完成；
②c、f、g、h表示的都是氮元素的系数，根据氮元素质量守恒定律完成；
③b、c、d、e四个系数均表示离子，所以应运用离子电荷守恒解答；
④d、e、f、g、h四个系数表示氧化产物（代表还原剂）和还原产物（代表氧化剂）的系数，可运用得失电子守恒解答；
⑤根据②③④关系可以得到b、f、g、h．

解答：解：（1）因是无色透明溶液，则不含有Fe²⁺，
（1）取少量该溶液，加几滴甲基橙，溶液显红色，说明溶液显示酸性，所以HCO₃^-不存在；
（2）取少量该溶液加热浓缩，加Cu片和浓硫酸，加热有无色气体产生，气体（NO）遇空气可以变成红棕色（二氧化氮），说明溶液中含有NO₃^-，则一定不含有I^-；
（3）取少量该溶液，加BaCl₂溶液，有白色沉淀生成，则含有SO₄^2-；
（4）取（3）中的上层清夜，加AgNO₃，有稳定的白色沉淀生成，且不溶于稀硝酸，则含有Cl^-，由于（3）中加入了氯化钡，无法证明原溶液中是否存在氯离子；
（5）取少量该溶液，加入NaOH溶液有白色沉淀生成，当NaOH过量时，沉淀部分溶解，则含有铝离子、镁离子；
（1）综上可知，溶液中一定存在的离子是：NO₃^-、SO₄^2- Mg²⁺、Al³⁺，溶液中肯定不存在的离子是：I^-、Ba²⁺、Fe²⁺、HCO₃^-，不能确定的有：K⁺、Cl^-，
故答案为：I^-、Ba²⁺、Fe²⁺、HCO₃^-；NO₃^-、SO₄^2- Mg²⁺、Al³⁺；
（2）溶液中的可能存在的阴离子是Cl^-，检验方法是为：取少许原溶液于试管中，先加入过量的硝酸钡溶液，再往上层清液中滴加硝酸银溶液，若出现白色沉淀则说明含有Cl^-，
故答案为：可能存在的阴离子是Cl^-，检验方法为：取少许原溶液于试管中，先加入过量的硝酸钡溶液，再往上层清液中滴加硝酸银溶液，若出现白色沉淀则说明含有Cl^-；
（3））①a、d、e都是铁元素的系数，根据铁元素质量守恒定律：a=d+e，
故答案为：a=d+e；
②c、f、g、h表示的都是氮元素的系数，根据氮元素质量守恒定律：c=f+2g+2h，
故答案为：c=f+2g+2h；
③b、c、d、e四个系数均表示离子，离子电荷守恒，b+c=2d+3e，
故答案为：b+c=2d+3e；
④d、e、f、g、h四个系数表示氧化产物（代表还原剂）和还原产物（代表氧化剂）的系数，得失电子相等，得到电子为：2d+3e，失去电子为：3f+2g+8h，所以2d+3e=3f+2g+8h，
故答案为：2d+3e=3f+2g+8h；
⑤根据氢原子守恒，b=2i，
根据氧原子守恒，3c=f+4g+h+i，
根据氮原子守恒，c=f+2g+2h，
整理以上各式，消去i和c可得，b=4f+4g+10h，
故答案为：b=4f+4g+10h．

点评：本题考查离子的共存问题，明确题中信息的挖掘和应用是解答的关键，并熟悉离子不能共存的常见的原因即可解答．